電動送風機およびそれを用いた電気掃除機
【課題】高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供する。
【解決手段】回転軸２ａを有するロータ３とロータ３外周に対向配置されたステータ４と回転軸２ａの軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２ａに固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９と、インペラ８を覆いエアガイド９前面に固定されたファンケース１０とを備え、回転軸２ａは、放熱軸１１ａと主軸１２ａとの二重構造で形成され、軸受５で発生した熱を回転軸２ａの放熱軸１１ａへと伝え、インペラ８から流入する気流に連続的に放熱することができるため、高速回転時においても軸受５を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現できる。
【解決手段】回転軸２ａを有するロータ３とロータ３外周に対向配置されたステータ４と回転軸２ａの軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２ａに固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９と、インペラ８を覆いエアガイド９前面に固定されたファンケース１０とを備え、回転軸２ａは、放熱軸１１ａと主軸１２ａとの二重構造で形成され、軸受５で発生した熱を回転軸２ａの放熱軸１１ａへと伝え、インペラ８から流入する気流に連続的に放熱することができるため、高速回転時においても軸受５を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機の軸受冷却機構としては、冷却液を軸受に供給して冷却するものや、空気を用いた強制冷却が知られており、軸受の熱を回転軸に伝導させて冷却する機構も多く用いられている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
家庭用の電気掃除機の入力電力は限られており、より強い吸引力を得るためには電動送風機の送風性能を向上する必要がある。同時に、掃除のしやすさの視点から掃除機本体の小回りが良いことが望まれており、電動送風機を小型化する必要がある。
【０００４】
電動送風機を小型化するにはインペラを高速回転させてインペラの径小化をする必要があるが、回転数の増加に伴ない、インペラのアンバランス量の影響が大きくなり、軸受にかかる荷重が増大するとともに、転動体と内輪・外輪との接触回数が増えて摩擦による軸受の温度が上昇して焼付きを起こしてしまう課題がある。
【０００５】
また、モータ内部にインペラで発生した気流を通して軸受を冷却しようとすると、曲がり損失が増えて電動送風機の性能が低下してしまうため、電動送風機の性能と小型化との両立が困難である。
【０００６】
図１１は、特許文献１に記載された従来の軸受冷却機構を用いた送風機の断面構成を示す図である。軸受３４が外嵌される有底筒状の回転軸３５と、回転軸３５に挿入されるパイプ３６と、回転軸３５の内周面とパイプ３６の外周面との間に介装される螺旋状の吸排気用フィン３７とを有し、回転軸３５に随伴して吸排気用フィン３７を回転させることにより、パイプ３６の内部又はパイプ３６の外周面と回転軸３５の内周面との間に形成される通気路３８のうちいずれか一方側から吸い込んだ冷却用の気体を他方側から排気して回転軸３５及び軸受３４を冷却するように構成したことを特徴とする高速回転軸３５の軸受３４の冷却機構を用いた送風機３９が開示されている。
【０００７】
図１２は、特許文献２に記載された従来の軸受冷却機構を用いた高温ガス用ブロワの断面構成を示す図である。固定軸４０に回転可能に設けた回転子４１と、回転子４１に対設された固定子４２とからなるモータで固定軸４０に装備したインペラ４３をブロワケーシング４４内で回転自在に備えたブロワ４５において、インペラ４３をセラミックス焼結体、耐熱合金などの耐熱材料製として回転子４１に連結して、モータの回転子４１の両端部においてスパイラル溝ラジアル動圧軸受部４６を形成して支承すると共に、固定軸４０中に冷却用の冷却パイプ４７を内装したことを特徴とする高温ガス用ブロワ４５が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９２２６５号公報
【特許文献２】特開平１−２４９９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の軸受冷却機構を用いた送風機の構成では、回転軸の内周面とパイプの外周面との間に螺旋状の吸排気用フィンを有しているため、ファンを回すために必要なトルクに加え、吸気用フィンを回すために必要なトルクが必要になり、高速回転時の軸受冷却は可能であるが、回転軸に必要なトルクは一般に回転数の自乗に比例して増加するため、必要とされるトルクが大幅に大きくなり、送風機の性能が落ちてしまうという課題を有していた。
【００１０】
また、特許文献２に記載の従来の軸受冷却機構を用いた高温ガス用ブロワの構成では、回転軸に内装した冷却パイプの熱を放熱させるために熱交換器が必要であり、サイズが大きくなるため、家庭用の電気掃除機へ収納することが難しく、実質的に適用が困難であるという課題を有していた。
【００１１】
つまり、特許文献１、２に記載の従来の軸受冷却機構では、いずれも電動送風機の性能と小型化を実現することができないという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記回転軸は材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、前記放熱軸は前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、前記放熱軸の熱伝導率は前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の端部は前記主軸の端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成をしている。
【００１４】
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、インペラに流入する気流が常に主軸の端部より突出した放熱軸の周囲を通過し、また軸受の熱は内輪と当接している回転軸へと伝導するため、放熱軸の端部と軸受当接部とで温度差が生じて軸受の熱は温度の低い端部へと放熱軸内部を伝導していき、気流と接する端部周辺より放熱することができるようになり、高速回転中の軸受の温度上昇を抑え、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の電気掃除機は、軸受の信頼性が高く小型で高い送風性能を有する電動送風機を搭載しているので、強い吸引力を有しゴミ取れ性が良好であり、小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動送風機は、回転軸を放熱軸と主軸の二重構造で形成し、軸受で発生した熱を回転軸の放熱軸へと伝え、インペラから流入する気流に連続的に放熱することができるため、高速回転時においても軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
また、このような電動送風機を用いた電気掃除機は、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性が良好であり、かつ電動送風機が軽量なので、小回りが利いて使い勝手がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図２】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図３】同、電動送風機の展開図
【図４】同、電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図５】同、電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図７】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図８】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図９】本発明の第３の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図１０】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図１１】従来の電動送風機の断面図
【図１２】従来の電動送風機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記回転軸は材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、前記放熱軸は前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、前記放熱軸の熱伝導率は前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の上端部は前記主軸の上端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成とした電動送風機としたものである。
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、インペラが回転することによって発生する気流は、常に主軸の上端部より突出している放熱軸の上端部周囲を通過してインペラ内部へと流入するため、放熱軸の上端部の温度は低くなり、放熱軸の上端部と軸受当接部との間で温度差が生じるため、放熱軸内部に温度勾配ができて、軸受の熱は温度の低い放熱軸の上端部へと放熱軸内部を伝導していき、放熱軸の上端部周辺より放熱することができる。
これにより、高速回転中の軸受の過度な温度上昇を抑え、軸受の焼付けを防止することができる。また、軸受の熱を回転軸の放熱軸を通じて気流へ放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であるため、熱交換器などを必要とせず、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明において、主軸は、軸受と当接する面に放射状の複数の孔を有し、主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を複数の孔に充填させた構成をしているので、軸受と対向する放熱軸との間の熱抵抗が小さくなり、軸受から放熱軸に伝わる熱流量が大きくなるため、軸受の熱を放熱しやすくなり、軸受冷却をより効率的に行うことができ、軸受の信頼性を向上することができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、放熱軸は、その両端部が主軸の両端部より突出し、かつその下端部がモータフレーム下端よりも突出する構成をしているので、インペラに流入する気流に接する放熱軸の上端部だけでなく、モータフレーム下端から突出した放熱軸の下端部と軸受当接部との間でも温度差が生じ、放熱軸内部に温度勾配ができて、放熱軸の両端部から放熱することができるようになる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、放熱軸は、その外周面に複数の溝を有し、主軸の内周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成をしているので、放熱軸の外周面と主軸の内周面との接触面積が増えて接触熱抵抗が小さくなり、軸受からの熱流量がより大きくなるため、軸受の熱を放熱しやすくなり、軸受冷却をより効率的に行うことができる。
【００２２】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、主軸は、ロータと当接する面に放射状の複数の孔を有し、主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を複数の孔に充填させた構成をしているので、ロータと対向する放熱軸との間の熱抵抗が小さくなり、ロータから放熱軸に伝わる熱流量が大きくなるため、ロータの熱を放熱しやすくなり、軸受だけでなくロータも冷却することが可能になり、ロータの過度な温度上昇による熱減磁を防止することができる。
【００２３】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明の電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有しゴミ取れ性がよく、本体サイズが小さいので小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示すものである。図１は同電動送風機の一部断面図であり、図２は同電動送風機の回転軸の一部断面斜視図であり、図３は同電動送風機の展開図であり、図４は同電動送風機のインペラの一部断面斜視図であり、図５は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２ａを有するロータ３とロータ３外周に対向配置されたステータ４と回転軸２ａの軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２ａに固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９と、インペラ８を覆いエアガイド９前面に固定されたファンケース１０とを備え、回転軸２ａは、図２に示すように、アルミニウム製の放熱軸１１ａと鋼製の主軸１２ａとの二重構造で形成され、主軸１２ａは中空部を有し放熱軸１１ａは主軸１２ａに圧入固定され、放熱軸１１ａの外周面は中空部に当接しており、放熱軸１１ａの上端部は主軸１２ａの上端部よりも突出し、さらにインペラ８上部よりも上流側に位置している。
【００２７】
また、図３に示すように、エアガイド９は複数の案内翼１３を有し、その上面にファンケース１０が当接する状態で固定され、各々の案内翼１３間に独立風路１４が形成されており、各々の独立風路１４はインペラ８外周からエアガイド９外周にかけて流路断面積が連続的に大きくなっている。
【００２８】
また、図４に示すように、インペラ８は、板金製の前シュラウド１５とこれに対向する後シュラウド１６とで３次元翼を有するインデューサ１７および複数のブレード１８を挟持することで構成されている。また、図１に示すように、軸受５には摩擦トルクが少ない特徴を有するころがり軸受５を使用した。ころがり軸受５は、内輪１９と外輪２０を有し、その間に転動体２１が介在しており、転動体２１の転がりによって回転荷重を支えている。インペラ８入口先端部は、インペラ８が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂製リング２２を接触させて動的にシールされている。
【００２９】
図５において、電気掃除機２３は、本体吸気口２４に連通した集塵室２５と本体排気口２６を備えた送風室２７とを有する掃除機本体２８と、集塵室２５に本体吸気口２４と気密に装着された集塵袋２９と、送風室２７に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃樹脂製の防音カバー３０と、送風室２７の上下に配置された吸音材３１とから構成されている。なお、図示していないが、本体吸気口２４には、ホース、延長管（図示せず）が順次接続され、延長管の先端には床面上の塵埃を吸引するノズル（図示せず）
が取りつけられている。
【００３０】
以上のように構成された電動送風機１ａおよびそれを用いた電気掃除機２３について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線３２を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２ａに固定されたインペラ８が回転する。インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インデューサ１７、複数のブレード１８、前シュラウド１５、後シュラウド１６とで形成された複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００３２】
インペラ８から流出した気流は、エアガイド９に複数の案内翼１３で形成された各々の独立風路１４に流入し、エアガイド９外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路１４の流路断面積はインペラ８外周からエアガイド９外周にかけて大きくなるため、独立風路１４を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００３３】
電動送風機１ａの送風性能は、インペラ８を回転駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラ８が回転することで発生する真空度と流量の積で求まる空気出力）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。また、電動送風機１ａを小型化するためには、インペラ８を高速回転させて径小化する必要がある。従来の電動送風機１ａでは５０，０００ｒｐｍ未満で駆動させているが、更なる小型化には５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転が必要であり、ブラシの摺動損失がないブラシレスモータ７が適している。
【００３４】
一方、回転数が増加することで、インペラ８のアンバランスが回転軸２ａへ及ぼす影響が大きくなるため、回転軸２ａの振れ回りが起こりやすくなって軸受５にかかる荷重が増大するとともに、転動体２１と内輪１９・外輪２０との接触回数が増えて、摩擦によって軸受５の温度が過度に上昇して軸受５が焼付けを起こしてしまうという課題がある。
【００３５】
そのため、高速回転時には、軸受５を効率よく冷却して温度上昇を抑えることが大変重要となる。一方、インペラ８からの気流をブラシレスモータ７内部に流して軸受５を冷却しようとすると、気流が曲がる曲率半径が小さく、曲がり損失が増えて電動送風機１ａの性能が大幅に低下してしまうため、電動送風機１ａの性能と小型化を両立するためには、軸受５の熱を効率的にブラシレスモータ７外部へ放熱できる構成が必要である。
【００３６】
軸受５の温度上昇は、上述した転動体２１と内輪１９・外輪２０との摩擦による熱と、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることによって起こる。軸受５の熱は、内輪１９と当接する主軸１２ａへと伝導し、次に放熱軸１１ａへと伝導する。
【００３７】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常に主軸１２ａの上端部より突出している放熱軸１１ａの上端部周囲を通過してインペラ８内部へと流入するため、放熱軸１１ａの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ａの上端部と軸受５当接部との間で温度差が生じるため、放熱軸１１ａ内部に温度勾配ができて、軸受５の熱は温度の低い放熱軸１１ａの上端部へと放熱軸１１ａ内部を伝導していき、放熱軸１１ａの上端部周辺より放熱することができる。
【００３８】
これにより、高速回転中の軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止することができる。また、軸受５の熱を回転軸２ａの放熱軸１１ａを通じて気流へ放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ａを実現することができる。
なお、放熱軸１１ａに使用する材料としては、アルミニウム以外にも、銅、銀、金、黄銅などの金属がある他、ベリリア、珪素、窒化アルミなどの無機材料が考えられる。
【００３９】
次に、電気掃除機２３の動作について説明する。図５において、電動送風機１ａのインペラ８が回転すると、集塵室２５が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本気吸気口を通過して集塵室２５へ流入する。集塵袋２９で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラ８へ流入し、通気路に設けられた複数の風路を通過した後、防音カバー３０の排気口から流出し、本体排気口２６を通じて掃除機本体２８外部へと放出される。電気掃除機２３は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２８内の吸音面積や排気通路の延長を行うことで、運転音の小さな電気掃除機２３にすることも可能である。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ａをアルミニウム製の放熱軸１１ａと鋼製の主軸１２ａとの二重構造とし、高速回転時の軸受５の熱を放熱軸１１ａへ伝導させて、放熱軸１１ａの上端部周辺からインペラ８に流入する気流へ放熱させる構成とすることで、放熱軸１１ａの上端部と軸受５当接部との間に温度差を発生させて熱伝導を促進し絶えず軸受５を冷却することができるため、軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図６、図７は、本発明の実施の形態２における電動送風機１ｂの構成を示すものである。図６は同、電動送風機１ｂの一部断面図であり、図７は同、電動送風機１ｂの回転軸２ｂの一部断面斜視図である。なお、実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
図６、図７において、電動送風機１ｂの回転軸２ｂは、軸受５との当接面に放射状に複数の孔を設けた鋼製の主軸１２ｂの中空部内に高温のアルミニウムを流し込み、主軸１２ｂの中空部と全ての放射状の孔にアルミニウムを充填させたダイキャスト成形で作製された二重構造を有している。複数の孔に充填されたアルミニウムの外周面は主軸１２ｂの外周面と略同一面を有し、軸受５の内輪１９が当接している。また、放熱軸１１ｂの両端部が主軸１２ｂの両端部より突出し、放熱軸１１ｂの上端部はインペラ８上部より突出した位置にあり、一方、放熱軸１１ｂの下端部はモータフレーム６下端より突出した構成をしている。なお、放射状に設けられた複数の孔に充填されたアルミニウムを簡易的に説明するため、以下では、放熱体３３と呼ぶことにする。
【００４３】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
まず、電動送風機１ｂの動作について説明する。図６において、巻線３２を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２ｂに固定されたインペラ８が回転する。インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インペラ８の複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００４５】
軸受５の温度上昇は、転動体２１と内輪１９・外輪２０との摩擦による熱と、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることで起こる。放熱体３３はアルミニウムであるため、主軸１２ｂに比べて熱伝導率が大きく、軸受５の熱は軸受５の内輪１９と当接している複数の放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｂへと伝わる。
【００４６】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常にインペラ８上部より突出している放熱軸１１ｂの上端部周辺を通過してインペラ８内部へ流入するため、放熱軸１１ｂの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ｂの上端部と軸受５当接部とで温度差が生じる。また、放熱軸１１ｂの下端部はモータフレーム６下端より突出して常温の空気に触れているため、軸受５当接部よりも温度は低く、放熱軸１１ｂの下端部と間で温度差が生じる。
【００４７】
これにより、放熱軸１１ｂの内部において、両端部と軸受５当接部との間に温度勾配が生じて、軸受５の熱が放熱軸１１ｂ内部を伝導して両端部からインペラ８に流入する気流および空気中へと放熱される。放熱軸１１ｂの上端部の周辺は、インペラ８に流入する気流によって絶えず強制冷却されるため、モータフレーム６下端より突出している放熱軸１１ｂの端部よりも温度が低くなるため、軸受５の熱の大半は、放熱軸１１ｂの端部から気流へと放熱されることになる。軸受５と放熱軸１１ｂとの間には放熱体３３が存在するため、軸受５と対向する放熱軸１１ｂとの間の熱抵抗が大幅に小さくなり、軸受５から放熱軸１１ｂに伝わる熱流量が大きくなるので、軸受５の熱を放熱しやすくなる。
【００４８】
これにより、高速回転中の軸受５およびロータ３の過度な温度上昇を抑え、高速回転中の軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止して軸受５の信頼性を向上することができる。また、軸受５の熱を回転軸２ｂの放熱軸１１ｂを通じて放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｂにすることができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ｂをアルミニウム製の放熱軸１１ｂと鋼製の主軸１２ｂとの二重構造とし、軸受５と対向する主軸１２ｂに放射状に設けられた複数の孔に熱伝導率の高い放熱体３３を充填させたことにより、軸受５と対向する放熱軸１１ｂとの間の熱抵抗を小さくして軸受５から放熱軸１１ｂに伝わる熱流量を大きくして軸受５の温度上昇をさらに抑え、軸受５の信頼性を向上することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、放熱軸１１ｂと主軸１２ｂの当接面が円筒状である回転軸２ｂを用いた電動送風機１ｂの事例で説明したが、図８に示すように、軸方向に溝形状を設けて二重構造にした回転軸２ｃでもよく、放熱軸１１ｃの外周面と主軸１２ｃの内周面との接触面積が増えて接触熱抵抗が小さくなり、軸受５からの熱流量がより大きくなるため、軸受５の熱を放熱しやすくなり軸受冷却をより効率的に行うことができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図９、図１０は、本発明の実施の形態３における電動送風機１ｃの構成を示すものである。図９は同、電動送風機１ｃの一部断面図であり、図１０は同、電動送風機１ｃの回転軸２ｄの一部断面斜視図である。なお、実施の形態１、２と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図９、図１０において、電動送風機１ｃの回転軸２ｄは、軸受５およびロータ３との当接面に放射状に複数の孔を設けた鋼製の主軸１２ｄの中空部内に高温加熱したアルミニウムを流し込み、主軸１２ｄの中空部と全ての放射状の孔にアルミニウムを充填させたダイキャスト成形で作製された二重構造を有している。複数の放射状の孔に充填されたアルミ
ニウムの外周面は主軸１２ｄの外周面と略同一面を有し、軸受５の内輪１９およびロータ３が当接している。以下では、複数の放射状の孔に充填されているアルミニウムを簡易的に説明するため、放熱体３３と呼ぶことにする。
【００５３】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５４】
まず、電動送風機１ｃの動作について説明する。図９において、インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インペラ８の複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００５５】
放熱体３３はアルミニウムであるため、主軸１２ｄに比べて熱伝導率が大きく、軸受５の熱は軸受５の内輪１９と当接している複数の放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｄへと伝わる。また、高速回転するロータ３においても渦電流による発熱が起こるが、軸受５と同様、ロータ３の熱はロータ３と当接している放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｄへと伝わる。
【００５６】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常にインペラ８上部より突出している放熱軸１１ｄの上端部周辺を通過してインペラ８内部へ流入するため、放熱軸１１ｄの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ｄの上端部と軸受５当接部、ロータ３当接部とで温度差が生じる。また、放熱軸１１ｄの下端部はモータフレーム６下端より突出して常温の空気に触れているため、軸受５当接部、ロータ３当接部よりも温度は低く、放熱軸１１ｄの下端部と間で温度差が生じる。
【００５７】
これにより、放熱軸１１ｄの内部において、両端部と軸受５当接部、ロータ３当接部との間に温度勾配が生じて、軸受５およびロータ３の熱が放熱軸１１ｄ内部を伝導して両端部からインペラ８に流入する気流および空気中へと放熱される。放熱軸１１ｄの上端部の周辺はインペラ８に流入する気流によって絶えず強制冷却されるため、モータフレーム６下端より突出している放熱軸１１ｄの端部よりも温度が低くなるため、軸受５およびロータ３の熱の大半は、放熱軸１１ｄの端部から気流へと放熱されることになる。
【００５８】
軸受５およびロータ３と放熱軸１１ｄとの間には放熱体３３が存在するため、軸受５およびロータ３と対向する放熱軸１１ｄとの間の熱抵抗が大幅に小さくなり、軸受５およびロータ３から放熱軸１１ｄに伝わる熱流量が大きくなるので、軸受５およびロータ３の熱を放熱しやすくなる。これにより、高速回転中の軸受５およびロータ３の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けとロータ３の熱減磁を防止してブラシレスモータ７の信頼性を向上することができる。
【００５９】
また、軸受５およびロータ３の熱を回転軸２ｄの放熱軸１１ｄを通じて放熱させるというシンプルな冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｃにすることができる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ｄをアルミニウム製の放熱軸１１ｄと鋼製の主軸１２ｄとの二重構造とし、軸受５およびロータ３と対向する主軸１２ｄに放射状に設けられた複数の孔に熱伝導率の高い放熱体３３を充填させたことにより、軸受５およびロータ３と放熱軸１１ｄとの間の熱抵抗を小さくして軸受５から放熱軸１１ｄに伝わる熱流量を大きくして軸受５だけでなくロータ３の熱も効率的に放熱しやすくなり、ブラシレスモータ７の信頼性を向上することができる。
なお、上述した各実施の形態１〜３の構成は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、回転軸を放熱軸と主軸の二重構造で形成し、軸受で発生した熱を回転軸の放熱軸へと伝え、インペラから流入する気流に連続的に放熱することができ、高速回転時においても軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができるため、家庭用は勿論のこと、業務用の電気掃除機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ，１ｂ，１ｃ 電動送風機
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ
５ 軸受
６ モータフレーム
７ ブラシレスモータ
８ インペラ
９ エアガイド
１０ ファンケース
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 放熱軸
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 主軸
１３ 案内翼
１４ 独立風路
１９ 内輪
２０ 外輪
２１ 転動体
２２ 樹脂製リング
２３ 電気掃除機
３２ 巻線
３３ 放熱体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の電動送風機の軸受冷却機構としては、冷却液を軸受に供給して冷却するものや、空気を用いた強制冷却が知られており、軸受の熱を回転軸に伝導させて冷却する機構も多く用いられている。（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
家庭用の電気掃除機の入力電力は限られており、より強い吸引力を得るためには電動送風機の送風性能を向上する必要がある。同時に、掃除のしやすさの視点から掃除機本体の小回りが良いことが望まれており、電動送風機を小型化する必要がある。
【０００４】
電動送風機を小型化するにはインペラを高速回転させてインペラの径小化をする必要があるが、回転数の増加に伴ない、インペラのアンバランス量の影響が大きくなり、軸受にかかる荷重が増大するとともに、転動体と内輪・外輪との接触回数が増えて摩擦による軸受の温度が上昇して焼付きを起こしてしまう課題がある。
【０００５】
また、モータ内部にインペラで発生した気流を通して軸受を冷却しようとすると、曲がり損失が増えて電動送風機の性能が低下してしまうため、電動送風機の性能と小型化との両立が困難である。
【０００６】
図１１は、特許文献１に記載された従来の軸受冷却機構を用いた送風機の断面構成を示す図である。軸受３４が外嵌される有底筒状の回転軸３５と、回転軸３５に挿入されるパイプ３６と、回転軸３５の内周面とパイプ３６の外周面との間に介装される螺旋状の吸排気用フィン３７とを有し、回転軸３５に随伴して吸排気用フィン３７を回転させることにより、パイプ３６の内部又はパイプ３６の外周面と回転軸３５の内周面との間に形成される通気路３８のうちいずれか一方側から吸い込んだ冷却用の気体を他方側から排気して回転軸３５及び軸受３４を冷却するように構成したことを特徴とする高速回転軸３５の軸受３４の冷却機構を用いた送風機３９が開示されている。
【０００７】
図１２は、特許文献２に記載された従来の軸受冷却機構を用いた高温ガス用ブロワの断面構成を示す図である。固定軸４０に回転可能に設けた回転子４１と、回転子４１に対設された固定子４２とからなるモータで固定軸４０に装備したインペラ４３をブロワケーシング４４内で回転自在に備えたブロワ４５において、インペラ４３をセラミックス焼結体、耐熱合金などの耐熱材料製として回転子４１に連結して、モータの回転子４１の両端部においてスパイラル溝ラジアル動圧軸受部４６を形成して支承すると共に、固定軸４０中に冷却用の冷却パイプ４７を内装したことを特徴とする高温ガス用ブロワ４５が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１９２２６５号公報
【特許文献２】特開平１−２４９９９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の軸受冷却機構を用いた送風機の構成では、回転軸の内周面とパイプの外周面との間に螺旋状の吸排気用フィンを有しているため、ファンを回すために必要なトルクに加え、吸気用フィンを回すために必要なトルクが必要になり、高速回転時の軸受冷却は可能であるが、回転軸に必要なトルクは一般に回転数の自乗に比例して増加するため、必要とされるトルクが大幅に大きくなり、送風機の性能が落ちてしまうという課題を有していた。
【００１０】
また、特許文献２に記載の従来の軸受冷却機構を用いた高温ガス用ブロワの構成では、回転軸に内装した冷却パイプの熱を放熱させるために熱交換器が必要であり、サイズが大きくなるため、家庭用の電気掃除機へ収納することが難しく、実質的に適用が困難であるという課題を有していた。
【００１１】
つまり、特許文献１、２に記載の従来の軸受冷却機構では、いずれも電動送風機の性能と小型化を実現することができないという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高速回転時のブラシレスモータの軸受冷却を小型でかつ低圧損の構成で実現し、高い送風性能と信頼性を有する電動送風機およびそれを用いた電気掃除機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電動送風機は、回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記回転軸は材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、前記放熱軸は前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、前記放熱軸の熱伝導率は前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の端部は前記主軸の端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成をしている。
【００１４】
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、インペラに流入する気流が常に主軸の端部より突出した放熱軸の周囲を通過し、また軸受の熱は内輪と当接している回転軸へと伝導するため、放熱軸の端部と軸受当接部とで温度差が生じて軸受の熱は温度の低い端部へと放熱軸内部を伝導していき、気流と接する端部周辺より放熱することができるようになり、高速回転中の軸受の温度上昇を抑え、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１５】
また、本発明の電気掃除機は、軸受の信頼性が高く小型で高い送風性能を有する電動送風機を搭載しているので、強い吸引力を有しゴミ取れ性が良好であり、小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電動送風機は、回転軸を放熱軸と主軸の二重構造で形成し、軸受で発生した熱を回転軸の放熱軸へと伝え、インペラから流入する気流に連続的に放熱することができるため、高速回転時においても軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
また、このような電動送風機を用いた電気掃除機は、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性が良好であり、かつ電動送風機が軽量なので、小回りが利いて使い勝手がよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図２】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図３】同、電動送風機の展開図
【図４】同、電動送風機のインペラの一部断面斜視図
【図５】同、電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図
【図６】本発明の第２の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図７】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図８】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図９】本発明の第３の実施の形態における電動送風機の一部断面図
【図１０】同、電動送風機の回転軸の一部断面斜視図
【図１１】従来の電動送風機の断面図
【図１２】従来の電動送風機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
第１の発明は、回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、前記回転軸に固定されたインペラと、前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、前記回転軸は材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、前記放熱軸は前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、前記放熱軸の熱伝導率は前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の上端部は前記主軸の上端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成とした電動送風機としたものである。
これによって、ブラシレスモータを高速で駆動させた際に、インペラが回転することによって発生する気流は、常に主軸の上端部より突出している放熱軸の上端部周囲を通過してインペラ内部へと流入するため、放熱軸の上端部の温度は低くなり、放熱軸の上端部と軸受当接部との間で温度差が生じるため、放熱軸内部に温度勾配ができて、軸受の熱は温度の低い放熱軸の上端部へと放熱軸内部を伝導していき、放熱軸の上端部周辺より放熱することができる。
これにより、高速回転中の軸受の過度な温度上昇を抑え、軸受の焼付けを防止することができる。また、軸受の熱を回転軸の放熱軸を通じて気流へ放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であるため、熱交換器などを必要とせず、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができる。
【００１９】
第２の発明は、特に第１の発明において、主軸は、軸受と当接する面に放射状の複数の孔を有し、主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を複数の孔に充填させた構成をしているので、軸受と対向する放熱軸との間の熱抵抗が小さくなり、軸受から放熱軸に伝わる熱流量が大きくなるため、軸受の熱を放熱しやすくなり、軸受冷却をより効率的に行うことができ、軸受の信頼性を向上することができる。
【００２０】
第３の発明は、特に第１または第２の発明において、放熱軸は、その両端部が主軸の両端部より突出し、かつその下端部がモータフレーム下端よりも突出する構成をしているので、インペラに流入する気流に接する放熱軸の上端部だけでなく、モータフレーム下端から突出した放熱軸の下端部と軸受当接部との間でも温度差が生じ、放熱軸内部に温度勾配ができて、放熱軸の両端部から放熱することができるようになる。
【００２１】
第４の発明は、特に第１〜３のいずれか１つの発明において、放熱軸は、その外周面に複数の溝を有し、主軸の内周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成をしているので、放熱軸の外周面と主軸の内周面との接触面積が増えて接触熱抵抗が小さくなり、軸受からの熱流量がより大きくなるため、軸受の熱を放熱しやすくなり、軸受冷却をより効率的に行うことができる。
【００２２】
第５の発明は、特に第１〜４のいずれか１つの発明において、主軸は、ロータと当接する面に放射状の複数の孔を有し、主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を複数の孔に充填させた構成をしているので、ロータと対向する放熱軸との間の熱抵抗が小さくなり、ロータから放熱軸に伝わる熱流量が大きくなるため、ロータの熱を放熱しやすくなり、軸受だけでなくロータも冷却することが可能になり、ロータの過度な温度上昇による熱減磁を防止することができる。
【００２３】
第６の発明は、特に第１〜５のいずれか１つの発明の電動送風機を搭載した電気掃除機とすることにより、強い吸引力を有しゴミ取れ性がよく、本体サイズが小さいので小回りの利く使い勝手がよい電気掃除機となる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１〜図５は、本発明の実施の形態１における電動送風機の構成を示すものである。図１は同電動送風機の一部断面図であり、図２は同電動送風機の回転軸の一部断面斜視図であり、図３は同電動送風機の展開図であり、図４は同電動送風機のインペラの一部断面斜視図であり、図５は同電動送風機を用いた電気掃除機の構成を表す断面図である。
【００２６】
図１に示すように、電動送風機１ａは、回転軸２ａを有するロータ３とロータ３外周に対向配置されたステータ４と回転軸２ａの軸受５を保持しステータ４を覆うモータフレーム６とで構成されるブラシレスモータ７と、回転軸２ａに固定されたインペラ８と、インペラ８の外周に通風路を形成するエアガイド９と、インペラ８を覆いエアガイド９前面に固定されたファンケース１０とを備え、回転軸２ａは、図２に示すように、アルミニウム製の放熱軸１１ａと鋼製の主軸１２ａとの二重構造で形成され、主軸１２ａは中空部を有し放熱軸１１ａは主軸１２ａに圧入固定され、放熱軸１１ａの外周面は中空部に当接しており、放熱軸１１ａの上端部は主軸１２ａの上端部よりも突出し、さらにインペラ８上部よりも上流側に位置している。
【００２７】
また、図３に示すように、エアガイド９は複数の案内翼１３を有し、その上面にファンケース１０が当接する状態で固定され、各々の案内翼１３間に独立風路１４が形成されており、各々の独立風路１４はインペラ８外周からエアガイド９外周にかけて流路断面積が連続的に大きくなっている。
【００２８】
また、図４に示すように、インペラ８は、板金製の前シュラウド１５とこれに対向する後シュラウド１６とで３次元翼を有するインデューサ１７および複数のブレード１８を挟持することで構成されている。また、図１に示すように、軸受５には摩擦トルクが少ない特徴を有するころがり軸受５を使用した。ころがり軸受５は、内輪１９と外輪２０を有し、その間に転動体２１が介在しており、転動体２１の転がりによって回転荷重を支えている。インペラ８入口先端部は、インペラ８が回転駆動可能な状態でＰＴＦＥ樹脂製リング２２を接触させて動的にシールされている。
【００２９】
図５において、電気掃除機２３は、本体吸気口２４に連通した集塵室２５と本体排気口２６を備えた送風室２７とを有する掃除機本体２８と、集塵室２５に本体吸気口２４と気密に装着された集塵袋２９と、送風室２７に設置された電動送風機１ａと、電動送風機１ａを覆う難燃樹脂製の防音カバー３０と、送風室２７の上下に配置された吸音材３１とから構成されている。なお、図示していないが、本体吸気口２４には、ホース、延長管（図示せず）が順次接続され、延長管の先端には床面上の塵埃を吸引するノズル（図示せず）
が取りつけられている。
【００３０】
以上のように構成された電動送風機１ａおよびそれを用いた電気掃除機２３について、以下その動作、作用を説明する。
【００３１】
まず、電動送風機１ａの動作について説明する。図１において、巻線３２を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２ａに固定されたインペラ８が回転する。インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インデューサ１７、複数のブレード１８、前シュラウド１５、後シュラウド１６とで形成された複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００３２】
インペラ８から流出した気流は、エアガイド９に複数の案内翼１３で形成された各々の独立風路１４に流入し、エアガイド９外周へかけて流れる。その際、各々の独立風路１４の流路断面積はインペラ８外周からエアガイド９外周にかけて大きくなるため、独立風路１４を流れる気流の流速は減速されながら、動圧が静圧へと変換される。
【００３３】
電動送風機１ａの送風性能は、インペラ８を回転駆動するために入力した電力と、電動送風機１ａが行う仕事（インペラ８が回転することで発生する真空度と流量の積で求まる空気出力）との比であらわされる。そのため、実際に使用する流量において電動送風機１ａが発生する真空度（静圧）を大きくすることが、電動送風機１ａの送風性能をあげる上で大変重要となる。また、電動送風機１ａを小型化するためには、インペラ８を高速回転させて径小化する必要がある。従来の電動送風機１ａでは５０，０００ｒｐｍ未満で駆動させているが、更なる小型化には５０，０００ｒｐｍ以上の高速回転が必要であり、ブラシの摺動損失がないブラシレスモータ７が適している。
【００３４】
一方、回転数が増加することで、インペラ８のアンバランスが回転軸２ａへ及ぼす影響が大きくなるため、回転軸２ａの振れ回りが起こりやすくなって軸受５にかかる荷重が増大するとともに、転動体２１と内輪１９・外輪２０との接触回数が増えて、摩擦によって軸受５の温度が過度に上昇して軸受５が焼付けを起こしてしまうという課題がある。
【００３５】
そのため、高速回転時には、軸受５を効率よく冷却して温度上昇を抑えることが大変重要となる。一方、インペラ８からの気流をブラシレスモータ７内部に流して軸受５を冷却しようとすると、気流が曲がる曲率半径が小さく、曲がり損失が増えて電動送風機１ａの性能が大幅に低下してしまうため、電動送風機１ａの性能と小型化を両立するためには、軸受５の熱を効率的にブラシレスモータ７外部へ放熱できる構成が必要である。
【００３６】
軸受５の温度上昇は、上述した転動体２１と内輪１９・外輪２０との摩擦による熱と、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることによって起こる。軸受５の熱は、内輪１９と当接する主軸１２ａへと伝導し、次に放熱軸１１ａへと伝導する。
【００３７】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常に主軸１２ａの上端部より突出している放熱軸１１ａの上端部周囲を通過してインペラ８内部へと流入するため、放熱軸１１ａの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ａの上端部と軸受５当接部との間で温度差が生じるため、放熱軸１１ａ内部に温度勾配ができて、軸受５の熱は温度の低い放熱軸１１ａの上端部へと放熱軸１１ａ内部を伝導していき、放熱軸１１ａの上端部周辺より放熱することができる。
【００３８】
これにより、高速回転中の軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止することができる。また、軸受５の熱を回転軸２ａの放熱軸１１ａを通じて気流へ放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ａを実現することができる。
なお、放熱軸１１ａに使用する材料としては、アルミニウム以外にも、銅、銀、金、黄銅などの金属がある他、ベリリア、珪素、窒化アルミなどの無機材料が考えられる。
【００３９】
次に、電気掃除機２３の動作について説明する。図５において、電動送風機１ａのインペラ８が回転すると、集塵室２５が負圧状態になり、ノズル（図示せず）から吸引された塵埃を含む気流が本気吸気口を通過して集塵室２５へ流入する。集塵袋２９で塵埃を濾過分離した清潔な気流は、電動送風機１ａのインペラ８へ流入し、通気路に設けられた複数の風路を通過した後、防音カバー３０の排気口から流出し、本体排気口２６を通じて掃除機本体２８外部へと放出される。電気掃除機２３は、小型で送風性能の高い電動送風機１ａを搭載しているため、強い吸引力を有し、ゴミ取れ性がよく、電動送風機１ａの本体サイズが小さくて、小回りが利いて使い勝手がよい。また、掃除機本体２８内の吸音面積や排気通路の延長を行うことで、運転音の小さな電気掃除機２３にすることも可能である。
【００４０】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ａをアルミニウム製の放熱軸１１ａと鋼製の主軸１２ａとの二重構造とし、高速回転時の軸受５の熱を放熱軸１１ａへ伝導させて、放熱軸１１ａの上端部周辺からインペラ８に流入する気流へ放熱させる構成とすることで、放熱軸１１ａの上端部と軸受５当接部との間に温度差を発生させて熱伝導を促進し絶えず軸受５を冷却することができるため、軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止することができる。
【００４１】
（実施の形態２）
図６、図７は、本発明の実施の形態２における電動送風機１ｂの構成を示すものである。図６は同、電動送風機１ｂの一部断面図であり、図７は同、電動送風機１ｂの回転軸２ｂの一部断面斜視図である。なお、実施の形態１と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００４２】
図６、図７において、電動送風機１ｂの回転軸２ｂは、軸受５との当接面に放射状に複数の孔を設けた鋼製の主軸１２ｂの中空部内に高温のアルミニウムを流し込み、主軸１２ｂの中空部と全ての放射状の孔にアルミニウムを充填させたダイキャスト成形で作製された二重構造を有している。複数の孔に充填されたアルミニウムの外周面は主軸１２ｂの外周面と略同一面を有し、軸受５の内輪１９が当接している。また、放熱軸１１ｂの両端部が主軸１２ｂの両端部より突出し、放熱軸１１ｂの上端部はインペラ８上部より突出した位置にあり、一方、放熱軸１１ｂの下端部はモータフレーム６下端より突出した構成をしている。なお、放射状に設けられた複数の孔に充填されたアルミニウムを簡易的に説明するため、以下では、放熱体３３と呼ぶことにする。
【００４３】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００４４】
まず、電動送風機１ｂの動作について説明する。図６において、巻線３２を励磁することで回転磁界が発生し、回転磁界と同期してロータ３が回転し、回転軸２ｂに固定されたインペラ８が回転する。インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インペラ８の複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００４５】
軸受５の温度上昇は、転動体２１と内輪１９・外輪２０との摩擦による熱と、ブラシレスモータ７内部における軸受５周辺の熱が軸受５に伝わることで起こる。放熱体３３はアルミニウムであるため、主軸１２ｂに比べて熱伝導率が大きく、軸受５の熱は軸受５の内輪１９と当接している複数の放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｂへと伝わる。
【００４６】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常にインペラ８上部より突出している放熱軸１１ｂの上端部周辺を通過してインペラ８内部へ流入するため、放熱軸１１ｂの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ｂの上端部と軸受５当接部とで温度差が生じる。また、放熱軸１１ｂの下端部はモータフレーム６下端より突出して常温の空気に触れているため、軸受５当接部よりも温度は低く、放熱軸１１ｂの下端部と間で温度差が生じる。
【００４７】
これにより、放熱軸１１ｂの内部において、両端部と軸受５当接部との間に温度勾配が生じて、軸受５の熱が放熱軸１１ｂ内部を伝導して両端部からインペラ８に流入する気流および空気中へと放熱される。放熱軸１１ｂの上端部の周辺は、インペラ８に流入する気流によって絶えず強制冷却されるため、モータフレーム６下端より突出している放熱軸１１ｂの端部よりも温度が低くなるため、軸受５の熱の大半は、放熱軸１１ｂの端部から気流へと放熱されることになる。軸受５と放熱軸１１ｂとの間には放熱体３３が存在するため、軸受５と対向する放熱軸１１ｂとの間の熱抵抗が大幅に小さくなり、軸受５から放熱軸１１ｂに伝わる熱流量が大きくなるので、軸受５の熱を放熱しやすくなる。
【００４８】
これにより、高速回転中の軸受５およびロータ３の過度な温度上昇を抑え、高速回転中の軸受５の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けを防止して軸受５の信頼性を向上することができる。また、軸受５の熱を回転軸２ｂの放熱軸１１ｂを通じて放熱させるというシンプルな軸受冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｂにすることができる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ｂをアルミニウム製の放熱軸１１ｂと鋼製の主軸１２ｂとの二重構造とし、軸受５と対向する主軸１２ｂに放射状に設けられた複数の孔に熱伝導率の高い放熱体３３を充填させたことにより、軸受５と対向する放熱軸１１ｂとの間の熱抵抗を小さくして軸受５から放熱軸１１ｂに伝わる熱流量を大きくして軸受５の温度上昇をさらに抑え、軸受５の信頼性を向上することができる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、放熱軸１１ｂと主軸１２ｂの当接面が円筒状である回転軸２ｂを用いた電動送風機１ｂの事例で説明したが、図８に示すように、軸方向に溝形状を設けて二重構造にした回転軸２ｃでもよく、放熱軸１１ｃの外周面と主軸１２ｃの内周面との接触面積が増えて接触熱抵抗が小さくなり、軸受５からの熱流量がより大きくなるため、軸受５の熱を放熱しやすくなり軸受冷却をより効率的に行うことができる。
【００５１】
（実施の形態３）
図９、図１０は、本発明の実施の形態３における電動送風機１ｃの構成を示すものである。図９は同、電動送風機１ｃの一部断面図であり、図１０は同、電動送風機１ｃの回転軸２ｄの一部断面斜視図である。なお、実施の形態１、２と同一要素については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
図９、図１０において、電動送風機１ｃの回転軸２ｄは、軸受５およびロータ３との当接面に放射状に複数の孔を設けた鋼製の主軸１２ｄの中空部内に高温加熱したアルミニウムを流し込み、主軸１２ｄの中空部と全ての放射状の孔にアルミニウムを充填させたダイキャスト成形で作製された二重構造を有している。複数の放射状の孔に充填されたアルミ
ニウムの外周面は主軸１２ｄの外周面と略同一面を有し、軸受５の内輪１９およびロータ３が当接している。以下では、複数の放射状の孔に充填されているアルミニウムを簡易的に説明するため、放熱体３３と呼ぶことにする。
【００５３】
以上のように構成された電動送風機について、以下その動作、作用を説明する。
【００５４】
まず、電動送風機１ｃの動作について説明する。図９において、インペラ８が回転することで、３次元翼と複数のブレード１８によってインペラ８内部の空気がインペラ８内部の外周へと押しやられ、インペラ８内部が負圧になり、インペラ８内部へ流れ込む気流が発生する。気流はインペラ８の入口から軸方向に流入し、インペラ８の複数の内部流路に沿って流れた後、インペラ８外周へ流出する。
【００５５】
放熱体３３はアルミニウムであるため、主軸１２ｄに比べて熱伝導率が大きく、軸受５の熱は軸受５の内輪１９と当接している複数の放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｄへと伝わる。また、高速回転するロータ３においても渦電流による発熱が起こるが、軸受５と同様、ロータ３の熱はロータ３と当接している放熱体３３を伝導して放熱軸１１ｄへと伝わる。
【００５６】
インペラ８が回転することによって発生する気流は、常にインペラ８上部より突出している放熱軸１１ｄの上端部周辺を通過してインペラ８内部へ流入するため、放熱軸１１ｄの上端部の温度は低くなり、放熱軸１１ｄの上端部と軸受５当接部、ロータ３当接部とで温度差が生じる。また、放熱軸１１ｄの下端部はモータフレーム６下端より突出して常温の空気に触れているため、軸受５当接部、ロータ３当接部よりも温度は低く、放熱軸１１ｄの下端部と間で温度差が生じる。
【００５７】
これにより、放熱軸１１ｄの内部において、両端部と軸受５当接部、ロータ３当接部との間に温度勾配が生じて、軸受５およびロータ３の熱が放熱軸１１ｄ内部を伝導して両端部からインペラ８に流入する気流および空気中へと放熱される。放熱軸１１ｄの上端部の周辺はインペラ８に流入する気流によって絶えず強制冷却されるため、モータフレーム６下端より突出している放熱軸１１ｄの端部よりも温度が低くなるため、軸受５およびロータ３の熱の大半は、放熱軸１１ｄの端部から気流へと放熱されることになる。
【００５８】
軸受５およびロータ３と放熱軸１１ｄとの間には放熱体３３が存在するため、軸受５およびロータ３と対向する放熱軸１１ｄとの間の熱抵抗が大幅に小さくなり、軸受５およびロータ３から放熱軸１１ｄに伝わる熱流量が大きくなるので、軸受５およびロータ３の熱を放熱しやすくなる。これにより、高速回転中の軸受５およびロータ３の過度な温度上昇を抑え、軸受５の焼付けとロータ３の熱減磁を防止してブラシレスモータ７の信頼性を向上することができる。
【００５９】
また、軸受５およびロータ３の熱を回転軸２ｄの放熱軸１１ｄを通じて放熱させるというシンプルな冷却構成であり、熱交換器などを必要とせず、インペラ８に流入する気流に対して圧損にもならないため、小型で高い送風性能を有する電動送風機１ｃにすることができる。
【００６０】
以上のように、本実施の形態においては、回転軸２ｄをアルミニウム製の放熱軸１１ｄと鋼製の主軸１２ｄとの二重構造とし、軸受５およびロータ３と対向する主軸１２ｄに放射状に設けられた複数の孔に熱伝導率の高い放熱体３３を充填させたことにより、軸受５およびロータ３と放熱軸１１ｄとの間の熱抵抗を小さくして軸受５から放熱軸１１ｄに伝わる熱流量を大きくして軸受５だけでなくロータ３の熱も効率的に放熱しやすくなり、ブラシレスモータ７の信頼性を向上することができる。
なお、上述した各実施の形態１〜３の構成は、これに限定されるものではなく、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる電動送風機は、回転軸を放熱軸と主軸の二重構造で形成し、軸受で発生した熱を回転軸の放熱軸へと伝え、インペラから流入する気流に連続的に放熱することができ、高速回転時においても軸受を効率よく冷却して過度な温度上昇を抑えて焼付けを防止し、小型で高い送風性能を有する電動送風機を実現することができるため、家庭用は勿論のこと、業務用の電気掃除機に適用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１ａ，１ｂ，１ｃ 電動送風機
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ 回転軸
３ ロータ
４ ステータ
５ 軸受
６ モータフレーム
７ ブラシレスモータ
８ インペラ
９ エアガイド
１０ ファンケース
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 放熱軸
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 主軸
１３ 案内翼
１４ 独立風路
１９ 内輪
２０ 外輪
２１ 転動体
２２ 樹脂製リング
２３ 電気掃除機
３２ 巻線
３３ 放熱体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、
前記回転軸に固定されたインペラと、
前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、
前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、
前記回転軸は、材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、
前記放熱軸は、前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、
前記放熱軸の熱伝導率は、前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の上端部は前記主軸の上端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成とした電動送風機。
【請求項２】
前記主軸は、軸受と当接する面に放射状の複数の孔を有し、前記主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を前記複数の孔に充填させた請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
前記放熱軸は、その両端部が前記主軸の両端部より突出し、かつその下端部がモータフレーム下端よりも突出する構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
前記放熱軸は、その外周面に複数の溝を有し、前記主軸の内周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
前記主軸は、ロータと当接する面に放射状の複数の孔を有し、前記主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を前記複数の孔に充填させた請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。
【請求項１】
回転軸を有するロータと前記ロータ外周に対向配置されたステータと前記回転軸の軸受を保持し前記ステータを覆うモータフレームとで構成されるブラシレスモータと、
前記回転軸に固定されたインペラと、
前記インペラの外周に通風路を形成するエアガイドと、
前記インペラを覆い前記エアガイド前面に固定されたファンケースとを備え、
前記回転軸は、材質の異なる放熱軸と主軸との二重構造で形成され、
前記放熱軸は、前記主軸の中空部に当接した状態で内装され、
前記放熱軸の熱伝導率は、前記主軸よりも大きく、前記放熱軸の上端部は前記主軸の上端部よりも突出して前記インペラの内部流路もしくはその上流に位置する構成とした電動送風機。
【請求項２】
前記主軸は、軸受と当接する面に放射状の複数の孔を有し、前記主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を前記複数の孔に充填させた請求項１に記載の電動送風機。
【請求項３】
前記放熱軸は、その両端部が前記主軸の両端部より突出し、かつその下端部がモータフレーム下端よりも突出する構成とした請求項１または２に記載の電動送風機。
【請求項４】
前記放熱軸は、その外周面に複数の溝を有し、前記主軸の内周面に設けた複数の溝と互いに嵌め合う構成とした請求項１〜３のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項５】
前記主軸は、ロータと当接する面に放射状の複数の孔を有し、前記主軸よりも熱伝導率の高い放熱体を前記複数の孔に充填させた請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動送風機。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電動送風機を搭載した電気掃除機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−５７２８６（Ｐ２０１３−５７２８６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９５８０９（Ｐ２０１１−１９５８０９）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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